磨细火山岩对混凝土抗蚀性能的影响

王金鑫，苗永刚，石运中(海南华森建材销售有限公司，海南 海口 570100)

0 引言

粉煤灰作为一种工业废弃物，其综合利用方法被广泛研究。随着粉煤灰综合利用技术的不断发展与成熟，粉煤灰市场出现了供不应求的局面。在海南地区，由于地理环境与交通等因素的影响，该地区粉煤灰供应紧缺，很多企业不得不少用或不用粉煤灰，导致企业的生产成本增加。据研究，火山岩在一定条件下具有很高的水化活性，这点与粉煤灰的性能极其相似。但是由于技术及其他条件的限制，人们对火山岩的利用还停留在较低的水平，并没有更深地开发出火山岩的工业应用潜质。怎样将火山岩进行深度、合理地开发利用是亟待解决的问题。

1 实验原材料及方法

1.1 实验原材料

水泥：海南华盛天涯水泥有限公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其性能指标以及化学组成见表1和表2。

表1 水泥的物理化学性能指标

表2 水泥的化学组成

粉煤灰：海南恒盛兆业环保有限公司生产的符合GB/T1596-2005标准的Ⅱ级粉煤灰；海南省海口市秀英区文明村东山坡的火山岩。

粗骨料：海口利源料场提供的5～25 mm碎石。

细骨料：海口上屯砂场提供的符合JGJ52-2006标准的Ⅱ区中砂。

外加剂：海南太和科技有限公司提供的聚羧酸高效减水剂。

水：自来水。

1.2 实验方法

将火山岩磨成粉后，等量取代粉煤灰应用于混凝土中，设计L9(34)正交试验，正交试验因素水平见表3，研究不同粉磨时间、不同火山灰取代粉煤灰量(取代量)以及不同外加剂种类对混凝土抗海水蚀性能的影响。按照《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193进行试样的制备与测试。对部分抗蚀试样进行XRD和SEM分析，分析火山灰对混凝土抗蚀性能影响的机理。

表3 正交试验因素水平表

2 实验结果及讨论

测试出试样的抗蚀系数数据及极差分析见表4。

通过极差分析可以得出：因素A的极差RA= 0.156；因素B的极差RB=0.324；因素C的极差RC= 0.074。三个因素对混凝土的抗蚀性能影响顺序从大到小为：RB＞RA＞RC。说明磨细的火山岩替代粉煤灰后，对混凝土抗海水侵蚀能力的影响最大，粉磨时间次之，外加剂的影响最小。对上述数据极差分析做折线图，如图1所示。从图1中可以看出，随着粉磨时间的增加，混凝土的抗海水侵蚀能力逐渐减弱，随着火山岩磨细粉的取代量增加混凝土的抗海水侵蚀能力逐渐增强，聚羧酸类外加剂较其他两类外加剂对混凝土抗海水侵蚀的能力提高更好。综上，最优的实验组合是A1B3C1。

图1 不同因素下混凝土的侵蚀系数

正常情况下，随着火山岩粉磨时间的增加，其粉磨后颗粒的细度越小，越有利于提高混凝土的抗海水侵蚀能力。而本实验中，随着粉磨时间的增加其对混凝土抗海水侵蚀能力却产生了不利影响，因此对不同粉磨时间粉煤灰进行SEM和粒度分析，分析结果见图2和图3。

从图2中可以看出，随着火山岩粉磨时间的增加，粉磨后的10 μm颗粒虽然有所增加，但是40 μm到200 μm的颗粒含量也明显增加，这是由于随着粉磨时间的增加，火山岩被粉磨得更细，颗粒的表面能也逐渐增加，颗粒之间的团聚现象逐渐加强，从而使得40 μm到200 μm的颗粒含量增加。从图3中也可以证实，粉磨60 min后的颗粒团聚现象明显增多，而粉磨20 min的火山岩几乎没有颗粒团聚现象的出现。这也是随着粉磨时间的增加火山岩粉末对混凝土的抗海水侵蚀出现不利影响的原因。

表4 L9(34)正交试验抗蚀系数

图2 火山岩粉磨20min和60min的粒度分析图

图3 火山岩粉磨20min和60min的SEM图

对全部使用粉磨后火山岩的6号试样和全部使用粉煤灰的4号试样进行XRD分析，分析结果见图4和图5。

图4 侵蚀试样内部的XRD图谱

图5 侵蚀试样外部的XRD图谱

图4是4号试样和6号试样经海水侵蚀后内部的XRD图谱。从图5中可以看出，6号掺加磨细火山岩的试样中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值明显高于掺加粉煤灰的4号试样，说明6号试样中的水化产物较4号试样的要多。并且，6号试样中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值的半高宽较4号试样的要窄，这说明6号试样中水化产物的结晶程度要较4号试样的高。这些都说明了磨细火山岩的活性较粉煤灰的高，且生成更多的结晶较好的水化产物，这都有利于混凝土抗海水侵蚀能力的提高。

图5是4号试样和6号试样经海水侵蚀后外部的XRD图谱。从图5中可以看出，6号试样中CaSO4·2H2O的衍射峰值要小，而水化产物5CaO· 6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值要大，说明掺加磨细火山岩的6号试样经海水侵蚀后，其水化产物依然较掺加粉煤灰的要多，且腐蚀产物CaSO4·2H2O较少，说明6号试样的抗海水侵蚀能力较4号试样强，进一步说明了掺加磨细火山岩的试样抗海水侵蚀能力要较掺加粉煤灰的试样抗海水侵蚀能力强。

3 结论

(1)通过正交试验可以得出，磨细火山岩的取代量对混凝土抗海水侵蚀的能力影响最大，粉磨时间次之，外加剂种类的影响最小。得出最优的实验组合为A1B3C1。

(2)通过力度分析和SEM分析可以得出，粉磨时间越长，粉磨后的火山岩颗粒团聚现象越明显，长时间的粉磨并不有利于改善其粒径分布，粉磨时间20 min为宜。

(3)通过XRD分析可以得出，掺加磨细火山岩的试样水化产物要较掺加粉煤灰的试样水化产物多，说明磨细火山岩的活性较粉煤灰好。掺加粉煤灰试样侵蚀后生成更多的侵蚀产物，说明掺加粉煤灰的试样抗海水侵蚀能力要比掺加磨细火山岩的试样弱。磨细火山岩更有利于混凝土抗海水侵蚀能力的提高。

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